Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Главнейшим критерием равновесного состояния системы является обратимость смещения равновесия. Только в том случае мы можем говорить о действительном равновесии системы, когда оно может смещаться в ту или другую сторону в зависимости от направления действия того или иного фактора равновесия.
Иное мы наблюдаем в ложных или метастабильных состояниях равновесия, когда совершающийся процесс является необратимым. Примером такого про цесса может служить сгорание угля при подземных пожарах, возникающих иногда самопроизвольно в угольных месторождениях. Уголь долгое время может оставаться неизмененным. Но стоит только в одном месте начаться процессу окисления (сгорания), как он будет развиваться дальше. В результате произойдет полный ' переход а новое состояние равновесия, из которого возврат к прежнему состоянию невозможен, т. е. этот процесс является необратимым (он не может протекать в обратном направлении). Как известно, он происходит с сильным выделением тепла, тогда как в действительно равновесных системах при нагревании имеет место поглощение тепла. В качестве другого примера метастабильного состояния мы можем привести существование в течение очень продолжительного времени ромбической модификации карбоната кальция — арагонита, который вообще монотропно (т. е. без возврата в прежнюю модификацию) переходит в гексагональную модификацию — кальцит.
При изучении минеральных ассоциаций, наблюдаемых в природе, необходимо учитывать, что многие ассоциирующие друг с другом минералы в данный момент представляют собой как бы конечные продукты превращений физико-химических систем, относительно устойчивые при современных условиях равновесия. Однако до этого момента системы могли претерпевать ряд порой очень сложных последовательных превращений, от которых далеко не многие продукты могли сохраниться до последнего момента.
Здесь имеются в виду не только те превращения, которые совершаются в газообразных и жидких системах до момента кристаллизации, но также и те изменения, которые наступают после момента образования твердых фаз, т. е. совершаются уже в твердых средах. Поэтому наши представления о процессах минерало-
1 Если бы первоначальные соотношения концентраций компонентов были иными, то порядок последовательности образования минералов был бы несколько другой.
образования не всегда ясны и часто не выходят из области гипотез (за исключением тех физико-химических процессов, которые совершаются на наших глазах). На помощь идут экспериментальные исследования в области физической химии.
Образование и рост кристаллических фаз. Образование твердого кристаллического вещества может происходить различными путями:
а) путем кристаллизации жидкостей (расплавов или растворов);
б) путем отложения кристаллов на стенках пустот из газообразных продуктов возгона и в) путем перекристаллизации твердых масс (в частности коллоидов). Главная масса природных кристаллических образований является результатом кристаллизации силикатных расплавов и водных растворов. Сюда относятся огромные массы изверженных кристаллических пород, подавляющее количество месторождений полезных ископаемых, кристаллические осадки соленосных бассейнов и др.
Кристаллизация любого расплава теоретически должна начинаться при определенной температуре, отвечающей температуре плавления данного вещества. Точно так же и кристаллизация раствора должна начинаться в момент насыщения растворителя данным веществом. Однако, как показывает опыт, кристаллизация жидких фаз начинается обычно при некотором переохлаждении или пересыщении1.
Процессы роста кристаллов в переохлажденном расплаве и в пересыщенном растворе совершенно одинаковы. Зарождение кристаллов может быть вынужденным, если в жидкости уже присутствуют обломки или пылинки каких-либо твердых веществ, могущих по своим кристаллохимическим свойствам играть роль затравок, или самопроизвольным, наступающим в отсутствии затравки в пересыщенных или переохлажденных растворах и расплавах.
При самопроизвольной кристаллизации в разных точках расплава или раствора возникают так называемые центры кристаллизации, представленные кристаллическими зародышами. В первые моменты процесса кристаллизации (допустим, какой-либо однокомпонент-ной жидкости) вокруг этих центров кристаллизации в условиях свободного развития растут правильные кристаллики до тех пор, пока не создастся стесненная обстановка для дальнейшего развития кристаллографических форм (фиг. 64—А и Б). При продолжении кристаллизации начинается борьба за оставшееся пространство, и в конечном счете мы получим агрегат кристаллических зерен с неправильными внешними очертаниями (фиг. 64—В и Г). В некоторых случаях в таких зернах удается даже наблюдать кристаллически-зональное строение отдельных зерен, свидетельствующее о постепенном их росте.
Установлена прямая зависимость между степенью переохлаждения или пересыщения жидкости и числом самопроизвольно возникающих в момент начала затвердевания центров кристаллизации: чем сильнее переохлаждена или пересыщена жидкость, тем большее число центров кристаллизации возникает в данном объеме в единицу времени (фиг. 65). Следовательно, чем больше возникает центров кристаллизации, тем меньшими размерами будут обладать кристаллические зерна в результате окончательного затвердевания жидкости (фиг. 66).
